В гонке мощностей, которая составляет основную суть хроники развития суперкомпьютеров, истории отдельных проектов по большей части стираются. Лидеры быстро оттесняют друг друга, технологии устаревают, и только переходы на новый порядок пока ещё западают в память. Сегодня мы бы хотели немного исправить эту несправедливость и рассказать об одном уникальном суперкомпьютере, история которого началась восемнадцать лет назад. Назывался он System X и был собран, можно сказать, из подручных средств с неожиданно удачным результатом.
История необычного суперкомпьютера началась весной 2003 года, а к концу осени уже достигла своей кульминации. В то время Политехнический университет Виргинии поставил перед собой цель попасть в тридцатку лучших исследовательских университетов США. В этом местной команде могли помочь, во-первых, дополнительные вычислительные мощности, а, во-вторых, – яркий, запоминающийся проект, способный привлечь к себе широкое внимание. Забегая вперед, следует сказать, что суперкомпьютер System X оправдал надежды и сумел дать своим создателям и то, и другое.
Название для вычислительного комплекса было выбрано не просто за благозвучность – авторы вложили в него двойной смысл. Во-первых, римская цифра X намекала на рубеж в десять терафлопс, которые они рассчитывали преодолеть первыми среди всех исследовательских центров на базе университетов. Во-вторых, всё та же X, если воспринимать её как букву, перекликалась с названием операционной системы Mac OS X, ненавязчиво подчеркивая главную отличительную черту проекта – использование стандартных процессоров Apple при сборке узлов для суперкомпьютера.
По словам исследователей, в мысли о том, что обычных пользовательских компьютеров может быть достаточно для «начинки» продвинутой вычислительной машины, их утвердила высокая оценка технических характеристик модели Apple Power Mac G5: «G5 идеально подходили для нашей системы с точки зрения архитектуры: 64-битный процессор с двумя математическими сопроцессорами для вычислений двойной точности, отличной пропускной способностью памяти и архитектурой ввода-вывода, которая позволяет соединять машины в единый суперкомпьютер».
Суперкомпьютер состоял из 1100 узлов, в каждом узле по два 64-битных процессора с одним ядром и тактовой частотой 2.0 ГГц. Таким образом, система имела 2200 процессоров/ядер). Чуть позже команда усовершенствовала систему за счёт перехода на платформы Apple Xserve G5 и итоговые характеристики узла стали:
- разрядность х64
- тактовая частота 2.3 ГГц
- количество ядер – 2
- количество процессоров — 2
- 4 Гб оперативной памяти
- 80 Гб на жёстком диске
Суммарно суперкомпьютер располагал 4,4 терабайтами оперативной памяти и 88 терабайтами хранения (HDD); дополнительно к системе было подключено внешнее хранилище объёмом в 53 терабайта. Для коммуникации между узлами была применена сеть InfiniBand (новинка на тот момент) – часть успеха проекта авторы приписывали её высокой пропускной способности (20 Gbps на узел) в сочетании с низкой латентностью (менее 8 микросекунд). Технология Gigabit Ethernet использовалась в качестве вспомогательной, для управления системой и запуска операций.
По меркам мира суперкомпьютеров история создания System X разворачивалась очень и очень стремительно. Общая концепция была определена к марту 2003 года, проектирование завершилось в середине лета. В июле исследователи и студенты университета, а также привлечённые ими волонтёры запустили процесс установки и сборки. Пара месяцев ушла на подготовительные работы: установку стоек, проведение всех необходимых коммуникаций для системы охлаждения (гибридной, что тоже было на тот момент инновационным решением), электропитания, кондиционирования и так далее. Сотрудники лаборатории оставили довольно подробную фотохронику событий, по которой можно составить представление о том, как происходит и каких ресурсов требует размещение суперкомпьютера в пределах обычного, функционирующего учреждения. Процессоры и корпуса, которые поступили в университет только в сентябре, были собраны и подключены в единую систему менее чем за три недели работы (по отзывам участников, впрочем, крайне напряженной).
Спешка окупилась тем, что признание пришло к авторам проекта уже к концу года: они успели попасть в ноябрьскую редакцию top500.org – мирового рейтинга суперкпомпьютеров. Производительность System X была оценена на тесте HPL (High-Performance Linpack) авторства Джека Донгарра и показала впечатляющие результаты на фоне конкурентов с куда более солидными репутациями и финансированием. Исследователям Политехнического университета Виргинии удалось осуществить задуманное и вывести суперкомпьютер на уровень выше 10 триллионов операций в секунду: производительность System X составила 10,28 терафлопс при пиковой производительности в 20,24 терафлопс.
В мировом рейтинге System X дебютировал с третьего места. На такой результат не рассчитывали даже сами создатели системы: они полагали, что при самом удачном раскладе попадут в середину первой десятки. Однако радовал их не только сам факт произведенного фурора, но и ещё один почётный титул, которого они удостоились: «мощнейший и самый дешёвый суперкомпьютер, созданный в обычных условиях».
Авторы надеялись, что разработка даст толчок развитию новой ветви «бюджетных» суперкомпьютеров. За счёт того, что в качестве строительных блоков использовались готовые машины, System X обошёлся Политехническому университету дёшево: все траты составили 5,2 миллиона долларов. Для сравнения, вычислительный комплекс Лос-Аламосской национальной лаборатории, который расположился в рейтинге одной строкой выше, был на 30% мощнее, но при этом на 210 миллионов долларов дороже (в 41 раз).
«Эта система представляет большой шаг вперёд в том, что касается производительности, цены и простоты управления суперкомпьютерами. Она показала, что практически любой, кто располагает 5,2 миллионами долларов, способен создать вычислительную машину того масштаба, который необходим для исследований с высокопроизводительными вычислениями».
Что же было потом? Если говорить о судьбе самого System X, он продолжил и завершил свою карьеру вполне достойно. В 2004 году команда выпустила доработанную версию: заменила серверы и устранила проблему со сбоями из-за влияния космических лучей, которой кластеры были подвержены особенно сильно из-за большого числа микросхем памяти. Обновлённый суперкомпьютер сумел удержаться в первой десятке top500.org – ему досталась седьмая строка. К концу того же года вышло ещё одно обновление (стоимостью около 600 000 долларов), которое позволило команде разогнать производительность до 12,25 терафлопс и выйти на четырнадцатое место в рейтинге 2005 года.
В последующие несколько лет позиции суперкомпьютера в общем рейтинге постепенно падали (до сорок седьмой в 2006 и двести восьмидесятой в 2008 году), однако он по-прежнему оставался одной из мощнейших машин, состоящих при университете. В 2012 году System X прекратил функционирование.
Что же касается революции в финансовой и логистической доступности суперкомпьютеров, едва ли можно сказать, что она состоялась. У System X было несколько последователей; так, уже к 2005 году появилась система Xseed от Государственного университета Боуи в Мэриленде, которая попала на сто восемьдесят восьмое место в мировом рейтинге. Политехнический университет также собрал по опробованной схеме вычислительный комплекс System G из трёхсот с лишним компьютеров Mac Pro. Однако, в общем и целом, «полуфабрикатные» суперкомпьютеры не стали массовым явлением – возможно, виной тому ускоряющиеся темпы развития технологий или общая нерентабельность подобных предприятий в обычных условиях. Тем не менее, о том, что прецедент был, забывать нельзя – возможно, когда-нибудь найдётся и другая предприимчивая группа энтузиастов.
На сегодняшний день история System X уже перестала быть примером для подражания, но по-прежнему привлекает интерес сообщества. Так, в этом году мы стали свидетелями разработки и релиза приложения Performance Index 64 от EcoComputers, JSC, которое не только измеряет мощность машины, но и позволяет оценить её в исторической перспективе. Основное назначение Performance Index 64 – расчёт эффективности различных конфигураций 64-разрядных систем Mac по ряду параметров. В число параметров входит и производительность, измерение которой производится на базе всё того же теста HPL, применяющегося при составлении рейтинга суперкомпьютеров top500.org. Однако результат пользователь получает не только в гигафлопсах, но и в особых условных единицах G5 – по этому показателю можно понять, насколько машина производительнее, чем базовая модель компьютера G5, которая была выпущена в 2003 году и стала основой для третьего по мощности суперкомпьютера в мире на тот момент.
Помимо этого, приложение позволяет провести аналогичный тест-сравнение системы пользователя и базовой конфигурации Mac Pro 7.1 на основе процессоров Intel. И, наконец, как логическое завершение – измерение производительности машины пользователя в сравнении с новыми инновационными компьютерами Mac на базе чипа М1 (этот тест доступен при оформлении подписки). Таким простым способом разработчик даёт пользователю узнать, насколько мы продвинулись вперёд в вычислительных возможностях всего за пару десятилетий. А заодно и задаться вопросом, на что способны наши современные «рабочие лошадки».
